锚杆试验方法

 锚杆检测仪使用说明书
锚杆检测仪是一款以声波检测技术为基础的锚杆、锚索锚固质量无损检测仪器。仪器采用7寸高亮度真彩液晶触摸显示屏，独立、交互式按键/触摸操作，操作方便；*的信号激发装置，使用方便、激发信号稳定可靠；数据存储使用SD卡，存储容量大，数据保存、读取方便。
1.适用范围
(1)锚杆锚索长度、注浆密实度和锚固缺陷的无损检测；
(2)岩锚梁等重要部位的长自由段锚杆的无损检测；
(3)高速公路钢质护栏立柱长度和埋深的无损检测。
2. 测试原理
2.1 工作原理
    在隧道内锚杆、混凝土砂浆和围岩组成的系统中，密实状态下的锚固剂凝固后，密实度与锚杆杆体的密实度十分相近，在锚杆孔中，其与锚杆杆体紧密握裹，可近似为一个组合杆体。而锚杆与锚固剂的强度明显大于隧道围岩，故可把其组合体近似看作是嵌入围岩的一维杆状体。由锚杆端部发射的声频应力波经杆体向里传播，当遇到存在波阻抗差异的界面(如空洞、锚杆与砂浆等界面)，将发生反射、透射或散射。图2.1为应用应力波检测技术测试锚杆锚固质量的原理示意图。在实际工程中透射波不易测得，但反射波可在其传至锚杆顶时，通过固定在锚杆顶部的传感器加速度型或速度型测得，由于反射波携带锚固系统内信息，SET-PB-01锚杆检测仪会将其放大、滤波和数据处理，识别来自不同部位的反射信息。根据这些反射信息，结合其他工程资料，可判断锚固系统不同部位的质量。

图2.1 应力波法锚杆无损检测原理示意图
2.2 分析原理
机械波在介质中传播并在某个界面反射，界面与机械波传播起点厚度为h，则波速Vp与频率f满足如下关系式：
应力波法是基于一维杆件的波动理论。根据波在锚杆中传播的一维波动方程及波在上、下界面处质点位移的连续条件和力的平衡条件，得出：
反射波应力                       
3. 性能介绍
3.1 性能特点
    MG型锚杆检测仪具备众多优势，操作方面采用触摸/按键交互式操作以及波形和频谱图实时观测。其具体性能优势如下：
(1) 主机操作界面友好，触摸、按键均可操作，交互式参数设置与测试操作；
(2) 单面检测，无需耦合剂，检测方便、快捷，检测结果直观、准确可靠；
(3) 稳定、高可靠性的电磁型信号激发装置，使用方便； 
(4) 数据存储方式采用大容量SD卡存储，测试数据读取方便快捷；
(5) USB 数据传输，仪器可直接与PC进行连接；
(6) 专业的数据处理软件，可用于后期分析，测试报告输出、打印；
(7) 高性能内置大容量锂电池(6.8Ah)，适用于野外长期测试使用。
3.2 技术参数
    见下表3.1。锚杆检测仪技术参数
 测量范围     1 ~ 40 m     测试精度     幅度精度优于0.1%
 频率精度优于0.1% 
 通信速度     1 MB/S     通信方式     USB
 采样字节     1 ~ 10 K 可调     采 样 率     25 Hz ~ 1.25 MHz
 操作系统     无     测试方式     手动、自动、信号触发
 控制系统     MCU     输入信号类型     机械振动
 缓    存     64 K     存储介质     SD卡，4 GB
 显示模式     7寸真彩液晶     操作方式     按键/触屏
 供电模式     内置6.8Ah锂电池     传感器类型     加速度
 主机尺寸     236 ×85 ×69 mm     主机重量     0.8 Kg
 防护箱尺寸     400 ×300 ×150 mm     防护箱重量     2.5 Kg
 
4. 测试主机
4.1 仪器外形
    MG型锚杆检测仪外形如图4.1(a)所示，正面面板为液晶显示屏和主要按键；仪器后侧配置有035029个信号接收通道接口和9854个附加压电发射接口，如图4.1 (b)所示；左侧有电源开关、USB接口以及SD卡插口，如图4.1(c)所示；右侧配置有9854个数据传输接口，如图4.1(d)所示。
    
        
图4.1 外形图：(a) 正面外形；(b) 后侧外形；(c) 左侧外形；(d) 右侧外形
4.2 硬件与按键功能
(1)电源开关：仪器电源开关，往上按开机，往下按关机。
(2)电源插口：供内置电池充电使用。
(3)显示屏：显示屏为7寸高亮度液晶屏，可实现触摸操作。
(4)通道1：通道一传感器接口，信号采集通道。
(5)通道2：通道二传感器接口，信号采集通道。
(6)发射：附加压电发射通道，调节仪器发射脉宽可调节信号激发能量大小。
(7)COM接口：与计算机连接更新软件。
(8)SD卡插口：插入SD卡方便检测数据存储与读取。
(9)USB接口：与计算机连接，可对SD卡内测试数据文件进行操作。
(10)按键：【F1】各界面下菜单选项切换快捷键。
【F2】测试测量页面和结果查看页面中“游标1/2/3"移动步距设置快捷键。
【亮度】发射脉宽调节快捷键。
【←】同一界面内各菜单下的不同选项向上选择；参数设置弹出窗口键。
【菜单】不同菜单选项切换选择。
【→】同一界面内各菜单下的不同选项向下选择；参数设置弹出窗口键。
【返回】返回上一级菜单或上一级页面。
【确认】确认进入选择项、确认修改、确认开始信号采集。
5. 操作说明
5.1 仪器连接 
在开机进行测试前，请将SD卡插入仪器内，并将冲击器、传感器与仪器和被测对象连接好，检测端连接方式如图5.1所示。
(1)仪器端连接
    传感器传输线连接于仪器接口“通道1"；冲击器传输线连接仪器接口“发射"。
(2)检测端连接
首先将传感器与磁座拧紧固定，随后请将该传感器置于锚杆杆体的端面(注意：磁座为强力磁，放置时请小心轻放，以免磁座与杆体接触时瞬间撞击破坏磁座)。SET-PB-01型锚杆检测仪配置有两类冲击器，均可单独使用。若使用冲击器I，请将仪器内发射脉宽设置调节在10μs左右，测试时将冲击头对准锚杆杆体端面；若选择冲击器II，将该冲击器套在外露杆体上，冲击器中心与外露的杆体端面距离约为4 ~ 5 cm。

图5.1 传感器、冲击器与检测对象连接示意图
5.2 测量操作
5.2.1 开机 
将SD卡插入，按下电源开关，开机进入主界面(注意界面右上角电池电量显示图标，若电量不够请及时充电)。界面包括“1. 波速标定"、“2. 锚杆检测"、“3. 结果查询"、“4. 仪器设置"和“5. 联机通信"0800个选项，如图5.2所示。开机默认选项为“1. 波速标定"，按【菜单】键或【←】和【→】进行选择。本款仪器带触摸功能，上述操作可直接点击完成，下述所有操作。

图5.2 SET-PB-01 型锚杆检测仪开机界面
5.2.2 测试界面主菜单
    从开机界面进入波速标定或锚杆检测界面后可以看到界面内相同的上菜单选项，如图5.3所示，上菜单有测试选项、触发方式、放大倍数、采样频率以及采集方式0800个菜单项。

图5.3 测试界面菜单
I. 测试选项：按下【F1】键进入通道设置菜单，共5029个选项，分别为“杆体波速测量"、“杆系波速测量"、“锚杆质量测量"。按【←】或【→】选择上述测试选项。通常情况下需要先后进行“杆体波速测量"和“杆系波速测量"，此后进行“锚杆质量测量"。
II. 触发方式：继续按【F1】键进入信号触发方式菜单设置，共5029个选项，分别为“同步触发"、“信号触发"、和“延迟触发"。若选用冲击器I测试请选择“延迟触发"，若选用冲击器II测试请选择选择“同步触发"。选择方法与测试选项选择相同。
III. 放大倍数：继续按【F1】键设置放大倍数，共8档，分别为50、56、62、68、74、80、86和92 dB。放大倍数选择原则是保证zui大幅值占据独立显示区的3/4。选择方法与测试选项选择相同。
IV. 采样频率：继续按【菜单】键设置采样频率，共7档，分别为12.5、25、50、125、250、500 KHz和1.25 MHz。选择方法与测量通道选择相同。
V. 采集方式：继续按【菜单】键设置保存方式，有“单次采集"和“连续采集"035029个采集方式选择。单次采集指一次采集9854个波形，并显示在波形显示区内；连续采集指3次连续采集，并将信号显示在波形显示区。选择方法与测量通道选择相同。
VI. 波形显示区：仪器可同时显示5029个波形；显示区域如图5.3中所示。每个波形显示区域中会显示相应的反射波的首波时间t1、t2以及测试长度L。每个波形显示区均有独立的游标，移动游标可读取人工读取首波时间。
VII. 仪器工作状态：仪器工作状态显示在屏幕右下角，未采集信号时显示“空闲状态"；信号采集时显示“等待采集"(注意：信号采集时间极短，正常情况下仅闪现字样，若未被触发会一直显示“等待采集")。
VIII. 工具栏：如图5.4是工具栏各个图标所对应的功能。

图5.4 工具栏各工具功能
5.2.3 波速的标定 
波速标定指杆体与杆系的波速测试。杆体波速测试请使用与被测锚杆材质、直径相同的螺纹钢进行测试；杆系波速测试需已知锚杆实际长度。
a. 杆体波速测试：开机主界面内选择“1. 波速标定"选项，按【确认】键进入，界面如图5.5所示，仪器默认为“杆体波速测试"。带触摸功能时，直接点击即可完成相关设置。

图5.5 波速标定界面
① 工程文件名设置。 如图5.5所示红色区域为工程文件名设置菜单，按【F1】进行切换，选中弹出如图5.6(a)和(b)所示对话框，输入工程文件名称，按【确认】完成输入，按【返回】输入完成。
② 杆体长度/采样长度/杆体波速设置。按【F1】进行菜单切换，选中“杆体长度"、“采样长度"、“杆体波速"，按【确认】键弹出如图5.6(c)和(d)所示对话框。
        
         
5.6 工程文件与参数设置弹出窗口
杆体波速为测试自动计算出的波速，在已知波速情况下也可直接输入波速，通常情况下杆体波速为5120 m/s。采样字节设置与杆体长度、杆体波速以及采样频率相关，锚杆检测仪采样字节设置范围为1 ~ 10 K。
b. 杆系波速测试：按【F1】进行菜单切换，选中“杆系波速测量"，如图5.7所示界面，文件名与参数设置操作与杆体波速测试相同。此测试需要注意“杆体长度"与“外露端长"设置。

图5.7 杆系波速测试界面
5.2.4 锚杆质量测量
    完成上述(1)和(2)的杆体与杆系波速测试后，波速自动记录并作为锚杆质量检测波速。锚杆质量测量界面可由波速标定界面进入，如图5.8中左上角所示的选项，同时还可以由开机界面的“2. 锚杆测量"进入，测量界面如图5.7所示。

图5.8 测试测量界面
5.2.5 信号采集 
完成参数设置后，测量界面右下角工作状态显示为“空闲状态"。按【确认】键，显示为“开始采样"，界面出现信号并且右下角工作状态再次显示“空闲状态"，并且在该字样上方有“等待保存"红色字样，如图5.9所示右下角红色方框。点击工具栏保存图标，采集信号完成保存，“等待保存"字样消失，本次采集即完成。

图5.9 信号采集与保存界面
5.2.6 波形查看
一般情形下，信号采集完成后仪器能够顺利的自动读取首波时间。若需要进行人工识别可使用测量界面右侧的工具栏完成相关操作，如图5.3中所示。若未进行相关操作可使用配套数据分析软件对数据进行后处理时分析，分析软件操作详见《锚杆检测仪数据分析软件说明书》。
a.波形移动。按【菜单】键选中“波形移动"，按【←】或【→】实现波形移动；本仪器具备触摸功能，点击图5.9中所示图标即可完成操作。
b.波形缩放。按【菜单】键选中“波形缩放"，按【←】或【→】实现波形缩放；按【F2】转换为“频谱缩放"，按【←】或【→】实现频谱图移缩放。本仪器具备触摸功能，点击图5.9中所示图标即可完成操作。
c. 首波时间查看。按【菜单】选中“游标1"或“游标2"，红色游标为游标1，蓝色游标为游标2，如图5.10所示。点击相应的波形显示区域后选择游标按【←】或【→】实现游标移动，实现游人工识别首波时间；按【F2】键实现游标移动步距调整。

图5.10 波形查看与分析工具图标
5.3 结果查询
(1)进入结果查询界面
    在开机主界面内选择“结果查询"选项，按【确认】键进入结果查询界面，如图5.11所示。

图5.11 测试结果查询界面
(2)选择测试结果文件
    按【菜单】键首先选中工程文件选项，按【←】和【→】选择所需要查看的构件；继续按【菜单】键选中上述工程下的构件，按【←】和【→】选择所需要查看的构件；继续按【菜单】键选中上述构件文件下的测量结果，按【←】和【→】选择所需要查看的测量结果文件，具备触摸功能时，直接点击所需选项即可。
(3)结果分析与修改
    按【确认】键进入(2)中所选中的测量结果文件数据分析界面，分析操作由工具栏中相应工具完成，分析完成后按【确认】或点击保存图标保存修改数据。
5.4 仪器设置
    从开机主界面中选中“仪器设置"选项，按【确定】进入设置界面，如图5.12所示。按【菜单】键，选择所需要设置选项进行设置。

图5.12 仪器设置界面
(1)亮度调节
按【菜单】选中“亮度调节"，按【确认】弹出图5.13(a)所示窗口，按【→】亮度加大，按【←】亮度减小。具备触摸功能时，点击即可完成调节。
(2)触摸校准
按【菜单】选中“触摸校准"，按【确认】弹出校准窗口，按屏幕四个角落处出现小圆点的顺序依次用触摸笔点击。
(3)日期与时间调节
按【菜单】选中所需调整的日期货时间，按【←】或【→】弹出如图5.13(b)所示窗口，输入数字即完成设置。